MR-TMD半主动控制研究及其应用
同济大学桥梁工程专业考研
同济大学桥梁工程专业考研桥梁系在李国豪教授最初建立的传统研究方向：桥梁空间分析和桥梁稳左与振动的基础上，经过长期的发展和向新兴边缘学科转移，目前已形成了覆盖而较大的研究领域，主要研究方向有：桥梁抗震、桥梁抗风、桥梁汁算机辅助设计及专家系统、桥梁健康监测及状态评估、桥梁空间分析及大跨度桥梁、预应力混凝土桥梁、钢与组合结构桥梁、桥梁施工技术与工程控制。
桥梁抗震研究抗役规程（主要包括现有规范的修改，超大跨桥梁结构抗震指南以及重大工程安全性、耐久性设置标准等）：结构或构件的破坏模式、延性性能：桥梁减丧、隔箴及结构控制研究：考虑各种复杂因素的大跨桥梁空间非线性地震反应分析，桥梁抗震CAD系统，大跨桥梁结构的动力特性及振型耦合：现有桥梁的抗震评估与加固技术。
七十年代末开始结合1976年厲山大地箴进行桥梁抗震研究，先后承担和完成了20多项重要科研项目。
主要有：“斜张桥抗风和抗震研究”（城乡部重点科研项目）子项目、“大跨度桥梁非线性稳立分析及抗震抗风设计方法研究”（交通部“七五”重点项目）子项目、“公路工程抗丧设计规范专题研究”（交通部项目，编写组副组长）、“城市高架桥装配新结构的研究及模型试验”（国家“七五”科技攻关项目）子项目一“橡胶支座连续梁桥非线性地箴反应分析”、博士点基金项目等及上海测港大桥、天津永和斜张桥、九江长江大桥、广东九江大桥、上海南浦大桥、杨浦大桥、徐浦大桥、内环髙架桥、杭州钱江三桥、广东汕头海湾大桥、江阴长江公路大桥、广东虎门大桥等我国绝大部分大跨度桥梁的抗鳶研究项目。
近年来，年均承担科研与咨询项目经费100多万元。
该方向先后获国家“七五”攻关项目集体荣誉奖、建设部科技二等奖、交通部科技二等奖等。
该方向目前已成为国内桥梁抗爲的研究中心。
现学术带头人为范立础教授（博士导师）。
桥梁抗风颤振分析方法研究（包括状态空间法、有限元分析法等）；顾振理论研究（主要为颤振的概率分析理论）；抖振理论研究（包括素流风场中气动导数的识別、气动导纳的识别方法、抖振选型方法、抖振响应谱方法、非线性抖振的时域分析方法、抖振分析的实用工程方法）: 风洞试验技术研究（包括大气边界层风场模拟、髙频测力天平技术的应用）：风振控制理论的研究（主要研究被动TMD对桥梁抖振、颤振、涡振及驰振的控制、半主动控制理论）：大跨桥梁抗风设计方法研究（主要是直接为工程实际服务）：高层建筑、髙耸结构、大跨屋盖结构的风致振动研究及抗风设计方法研究。
磁流变半主动悬架(MRC)技术之应用
子 控 制 的磁 流 变 实 时 减 振 装 置 ，
可 以针对 路面 情况 ，在 １ 时间 内 ｍｓ
做 出反应 ，抑制振 动 ， 持车 身稳 保
近 年来 ，国内外 研究 机构 和各 转 变为类 固态 ，发 生 了相 变 ；而一 大汽 车厂 商纷纷 开展 了主动 、半 主 旦磁 场撤去 ，磁 流变液又恢复 为 自
难 ” ，这称之 为磁流变效应 ，磁场 相 连 ，控制 系统 与电磁 液压杆 和直 强度 越大 ，磁流 变效应越 显著。可 筒减振器 相连 。 见 ，阻尼器结构确 定后 ，只要 改变
尼 力的 目的。
当路面不 平 引起车 轮跳 动 时 ，
控制 系统发 出指令 ，将 电信号 发送
转 换 器
存储 控 制 方
磁 变振 流 减 器一
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法控器 的制
ｒｅ ｒ 一ｒ ０ ｎ， 一 ｂ 厂 一ａ ，ｌ 、 。 ｒ ｃ Ｉ
ａｌ ￡Ｙ ＣｄａＤＳ ｄａ Ｒ ａｌ Ｔ ｉ￣ … … 、 ｉｃ
Ｃａ ｉａ ｖｌ ｄｌ ｃＳｅ ｉ ｌ ｌ ｅ Ｃ ａ ｉａ Ｓ ｄｌ ｃＳｒ ｌ Ｃａ ｌ Ｖ ｄｉ Ｃ－Ｓ— ａｃ ’
磁 流 变半 主动 悬架 系统 由车载
控制系统 、车轮位移传感器、电磁
圈
磁 流 变液 在 磁 场 环境 下
动 ，并首尾相联 ，形成链状 或网状 液 压杆 和直 简减振 器组成 。在 每个 结构 ，使 磁流变 液 “ 变调 ”。磁流 车 轮和 车身连 接处都 有一 个车 轮位 变液在阻尼通道 中的流动 变得 “ 困 移 传感 器 ，传 感器 与车载 控制 系统
定 ，特别是在车速很高又突遇障碍 时更能显 出它 的优 势 。它 的反 应速
基于TMD技术的高层建筑结构振动控制研究
心 大楼 在顶 部 安装 了 ３ ０吨 的 Ｔ ６ ＭＤ减 震 系统 ：美 国波 士顿 的 Ｌ ｈ ｎ ｏｋ大 楼在 顶 部 安装 了两个 ｏ ｎ Ｈａ ｃｃ
第 ２ ４卷 第 ３期 ２１ ０ ２年 ９月
宁 波 工 程学 院学 报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＮＧＢ０ ＮＩ ＵＮＩ ＶＥＲＳ Ｉ ＯＦ ＴＥＣＨＮ０Ｌ ｒＹ ０ＧＹ
Ｖ０ ．４ Ｎｏ ３ １ ． ２ Ｓ ｐ．０ ２ ｅ ｔ２ １
基于 Ｔ ＭＤ技术的高层 建筑 结构振 动控 制研究
３ ０吨 的 Ｔ ０ ＭＤ 系统 ；澳 大 利 亚悉 尼 电视 塔 分别 在 顶 部 和 中部分 别 安 装 了 Ｔ ＭＤ系 统 ：９ ６年 到 １９ １８ ９３
年， 日本有 ６座 百米 以上 的建筑 物安装 了 Ｔ ＭＤ系统 ， 用来 减小 结构 的振 动反应 ＿。 ４ ］ 目前 ， 国内专家 学者 在房 屋结 构施 加调 谐质 量 阻尼器 进行 减震 控制 分析 理论 研究 方 面取 得显 著 的 成效 。 ｌｒ 、 国平 等提 出 了 Ｍ ＭＤ多 重调谐 质量 阻尼 器 Ｃａｋ 蔡 Ｔ
（ ｕｔ ｌ ｔｎ ｄ ｍａｓ ｄ ｍ ｅｓ策 略 ； 星德 等 提 出 附加 作 ｍ ｌｐｅ ｕ ｅ ｓ ａ ｐ ｒ） ｉ 周
动器 的半 主动 Ｔ ＭＤ控 制策 略 。
１ 含Ｔ ＭＤ建 筑 结 构 模 型
本 系统 模 型 主要 包 括 主建 筑结 构 和 Ｔ ＭＤ两 个 系统 组 成 。
安全 性 的另 一 种 有 效 方法 之 一 。本 文根 据 振 动 控 制 理论 ， 导运 动方 程 ， 立仿 真 模 型 ， 计 Ｔ 推 建 设 ＭＤ 系 统各 参数 。最 后 ， 以
国内土木工程中的TMD应用研究【论文】
国内土木工程中的TMD应用研究摘要:简要介绍了TMD的发展历程和基本工作原理，对国内近两年对TMD在结构创新、参数分析和工程应用等几个方面的研究成果分别进行了介绍，总结TMD研究过程中的主要方向，并为TMD在桥梁方面的进一步研究提出几点建议。
关键词:振动控制，TMD，被动控制，动力特性引言调谐质量阻尼器(TunedMassDamper，TMD)，是一种结构形式简单，工作性能稳定的被动耗能装置，目前已经被广泛应用于土木工程中的减振与抗震领域。
近年来，大数据科学与计算机性能迅速发展，建筑和桥梁结构中非线性问题的解决取得一定进展;同时，空间结构理论的发展与高强材料的进一步升级，使得设计方案可以向更高耸，更大跨方向发展，而柔性结构在风和其他荷载作用下的振动则成为亟待解决的问题。
TMD作为比较成熟的技术，可以为结构提供更好的减振与抗震性能，并仍有不断改进的潜力。
1TMD的原理与应用案例TMD作为一个附加系统安装在主结构上，形成耦合系统，可以对系统整体动力特性进行微调，从而改善抗震性能。
早在1909年，Frahm为德国邮船设计的动力吸振器即为TMD 前身。
该结构由质量块和弹簧两部分组成，通过质量块的振动将主结构能量转移，而弹簧对主结构施加的作用力与惯性力相反，可以明显减弱结构振动。
在动力吸振器的基础上添加一个独立阻尼单元即成为传统TMD，阻尼单元通过集中耗能极大提高了对振动的抑制作用。
在TMD的设计阶段，通过调整质量和刚度，可以使TMD频率接近主结构固有频率以达到最佳减振效果。
DenHartog等人在研究中，发现TMD 参数变化时，主结构的动力响应曲线上存在不动点，以此引出关于最优阻尼比和最优频率比的研究。
理论上，TMD为主结构的一个附加质量，其质量增加对减振效果有明显增强，但受限于结构承重能力与布置空间，TMD与主结构的质量比一般不超过5%。
TMD作为被动控制措施，不需要外部供能即可对主结构特定频率的振动进行有效控制;TMD与主结构的结构和功能相互独立，在安装和后期养护时基本不会影响主结构;另外，相对其他主动控制措施的经济性使其得以广泛应用于工程领域。
某标志塔MR-TMD减振系统风振控制分析
２ 脉 动 风荷 载 的模拟
根据风荷载规范 ， 当地基本风压 ０ ．５ｋ ｍ ， 工程场 ：０ ４ Ｎ／ ２该 地 为 ｃ类 地貌 ， 面粗糙度 ａ ．２ 梯度 风高 度 Ｈ ０ 按 地 ＝０ ２ ， ＝４ ０ｍ，
较好 ； 振为宽带激 励或 结构 的 响应是 多个 振型都 起 作用 时 ， 当激
关键词 ： 一 ＴＭＤ， 风振 控制 ， 时程 分析
中图分类号 ： Ｕ３ １３ Ｔ １ ．
’
文献标识码 ： Ａ
引言
竖 向串联 多 自由度体 系各 质点 的质 量 由杆 件 （ 简体 ） 玻 含 和
Ａ ２ ０ 随着我 国经济建设 的不断发展 ， 高耸 结构和高层建 筑大量兴 璃幕墙 的 自重 集 聚而成 。在通 用三 维有 限元 分析 程序 Ｓ Ｐ ０ ０ 中建立该塔 的三维模型 ， 据柔度法可获 得该塔 的竖 向串联 多 自 根 建 。由于高 耸结构 高度 的增加 ， 可避免 地带来 了 刚度变柔 、 不 结 由度体 系的刚度矩阵。经计算可得 标志塔 的各 阶频 率 ， 如表 １所 构 阻尼减小 易产生高 频振 动 和大 幅变形 等一 系列 问题 。传 统 的 做 法是 不断增加 结构 自身 刚度 ， 种 方法 不 仅 大大 增 加工 程 造 这 示列 出了采用柔 度法与 Ｓ Ｐ ０ Ａ ２ ０计算 的前 ３阶频 率 的对 比 ， 比 经
刚度 、 阻尼等参数 。 至 ４ ．０ｍ， ０ ０ 外径从标高 ６０ ．０ｍ处的 ３０ ．０ｍ线性渐变 到 １８ 及其 质量 、 ．０ｍ； 内外钢筒 由 ｔ ０ｎｎ 厚加劲板 连接 ， ＝２ ｑ２ 相邻加 劲板 相隔 ３ 。均 匀 ３ ２ 控 制效 果分 析 ６， ．
设置在 内外筒之 间。骨架 ４ ．５ｍ 以上是天线 部分 ， ８３ 采用 ９根 钢 多 自由度结构 ＭＲ～ ＴＭＤ系统在模拟风荷 载作用下 的运动微
浅析结构振动控制技术的原理和应用
技术改造浅析结构振动控制技术的原理和应用李维赞 谢 永（隔而固（青岛）振动控制有限公司，山东 青岛 266108）摘 要：当前建筑行业在振动控制技术方面还有很多问题有待进一步研究。
过去的抗振结构体系只通过提高结构本身的抗振性能来抵抗。
此方法影响有限，安全性较差。
因此，目前只有地震调整技术才能满足当前建设项目的需要，其发展前景和强大的经济效益日益突出。
关键词：结构振动；控制技术；原理；应用引言：近年来结构振动控制技术的应用日益广泛，结构振动控制技术的应用对象日益增多。
针对这一趋势，本研究介绍了常用的结构振动控制技术的原理，并对其优缺点进行了全面的说明；并简要介绍了相关应用。
1振动控制技术的必要性在中国，随着城市化进程的逐步加快，振动控制技术在建筑业中发挥着越来越大的作用。
第一，在建筑中应用防振技术，不仅可以有效地减少地震、水灾等自然灾害的破坏，还可以大大提高建筑的抗外部冲击能力。
第二，在建筑中应用防振控制技术可以有效地分配地震产生的能量。
近年来，国际建筑专家对这类结构监管的研究备受关注。
借助于结构本身和控制系统来承受荷载，结构处于不良状态，并能在发生大地震时保持球形的霍尔灵，有效地分配了地震带来的能量。
此外，该技术的工作原理和概念非常明确，适用于不同的建筑结构和不同程度的地震强度。
2被动控制2.1隔振技术所谓的减振，是指放置在建筑结构中有效地消耗地震能量的柔性连接，并通过设置这些柔性连接来降低地震能量。
此原则可控制建筑的变形，由于柔性连接可以起到"隔震"、"吸震"的作用，能够最大限度地减少地震产生的能量，保护建筑结构，并确保建筑结构的安全和稳定。
减轻地震对上部结构造成损坏的目的，而且建筑装修及室内设备也得到有效保护。
结构最常用的隔振技术是使用隔振支座来延长结构的自然振动周期，并避免土体的运动高峰时间，从而降低结构的地面运动能量。
此隔振方法减小了结构在地震荷载作用下的响应也存在一定的不足，仅适用于4层中低的剪力墙结构。
基于MR-TMD的煤制气厂厂房半主动控制研究
基于MR-TMD的煤制气厂厂房半主动控制研究闫安志;路晶晶【摘要】提出了一种在TMD质量块上安装磁流变阻尼器的新型半主动MR-TMD 控制装置,采用半主动控制算法,仿真分析了质量块在矩形波激励作用下,半主动MR-TMD控制系统对结构振动控制的可行性和有效性,并比较了半主动MR-TMD 控制与被动TMD控制、主动AMD控制对同一模型结构的控制效果.仿真结果表明,半主动MR-TMD控制的减振性能优于被动的TMD控制和主动的AMD控制.%A new semi - active MR - TMD control device was proposed, which is installed on the TMD with a magneto - theological damper. The feasibility and effectiveness of semi - active MR - TMD control system for structural vibration control under rectangular periodic excitations were simulated and analyzed by adopting one semi - active control algorithm proposed in the article. The control effect of semi - active MR - TMD , passive TMD and active AMD were compared by adopting the same model structure. Simulations numerical show that the damping performance of using semi - active MR - TMD control is better than that of using passive TMD control and active AMD control.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(030)002【总页数】6页(P191-196)【关键词】半主动MR-TMD控制;结构振动控制;时程分析【作者】闫安志;路晶晶【作者单位】河南理工大学土木工程学院,河南焦作454000;河南理工大学土木工程学院,河南焦作454000【正文语种】中文【中图分类】TU311.30 引言在生产过程中，煤制气的工业厂房常因气化炉内的高温使液体气泡破裂，产生爆破脉冲激励，导致炉体发生强烈水平振动，不满足结构的舒适度要求，严重影响炉体附件和整体结构安全和使用寿命，长时间也会对工作人员的生理和心理造成严重影响．鉴于振动和环境噪声问题，对未建结构进行结构动态特性分析和振动控制是非常有必要的．对结构进行动力响应分析，并提出结构优化和减振方案，以减小结构振动，对延长结构使用寿命和改善工人工作环境具有重要意义．传统的调谐质量阻尼器(TMD)以其造价低、可靠性高广泛用于实际工程结构中，但控制频域宽度很窄，受频率限制较大．主动质量驱动器(AMD)的控制效果最优，但其造价高、所需能源需求较大、可靠性和稳定性差等因素，使其实际应用受到限制[1]．磁流变(MR)阻尼器是一种良好的可变阻尼控制器，具有构造简单、响应速度快、能耗少、阻尼力大且连续可调等优点[2]．使用的MR-TMD控制装置与被动TMD控制装置类似，区别在于质量块和结构之间的阻尼器设置成可以连续调节的MR阻尼器，本文针对半主动MR-TMD控制系统，仿真分析气化炉质量块在矩形波激励作用下MR-TMD控制对厂房结构振动控制的可行性和有效性．1 煤制气厂房动力学模型煤制气厂厂房由混凝土结构和钢结构组成，主体结构呈长方形，总高度为70 m，长56 m，宽19.5 m．用于煤制气的气化炉共3个，间隔10 m左右，充水总质量约为8×105 kg，炉体支撑位于标高36 m处．气化炉主体部分位于标高21～58 m之间，高度约为36 m．在标高36～42 m之间，气化炉的直径(包括耐火材料厚度)从标高36 m处的3.464 m变为标高42 m处的4.68 m．炉内操作温度为950～1 100 ℃，炉外表温度约为100 ℃．炉内操作介质有水蒸汽、氧气、煤粉、粗煤气等．厂房的建筑结构在水平面内不符合平截面假定，因此应按三维空间结构进行分析．考虑到对结构进行振动控制分析时，以竖向串联多自由度模型最为简单可行[3]，故根据厂房的实际构造建立起11个自由度的竖向串联模型．选取竖向串联多自由度体系的集中质量的位置需根据其实际构造进行，一般选择平面刚度较大且质量集中处．由于厂房内气化炉位置的限制，MR-TMD的质量块只能设置在标高35.6 m处，即第七自由度处．图1是煤制气厂房动力学模型.表1为厂房的质量及其自由度聚合分布．以下的分析将基于此11个自由度串联模型进行．表1 节点及质量分布Tab.1 Nodes and mass distribution节点号节点高度/m段长/m节点质量/kg节点号节点高度/m段长/m节点质量/kg15.65.601.35×106735.606.003.60×10629.64.001.10×106841.606.003.60×106315.66.001.35×106950.609.002.60×106420.65.001.00×1061058.758.1 51.02×106525.65.001.00×1061169.7510.002.00×105629.64.001.00×1062 运动微分方程和状态方程根据图1，控制系统的运动方程为(1)式中：M=diag[Mi,m]12×12;C=C1+C2，C1=diag[Ci,0]12×12;m，c，k分别MR-TMD的质量、阻尼因数、刚度；K=K1+K2，K1=diag[Ki,0]12×12，Mi，Ci，Ki(i=1，2，…，11)分别为主结构第i层的质量、阻尼系数和刚度因数；;，X(t)=[x1 x2 … x11 xm]T，X(t)是各楼层与MR-TMD中质量块相对地面运动的水平位移向量；Ds是环境干扰位置矩阵；Bs是控制力作用位置矩阵；U(t)是由半主动磁流变阻尼器产生的控制力．在状态空间中，式(1)描述的受控系统可以改写成如下的状态方程：，(2)Z(t0)=Z0，(3)式中：，，3 半主动MR-TMD控制策略3.1 LQR控制算法线性二次型(LQR)经典最优控制算法[1]的二次型性能泛函定义为.(4)它包含了响应和控制两方面的要求，但它们又是互相矛盾的．Q越大，结构反应越小，而控制力越大；R越小，控制力越大，结构的反应越小．确定Q和R的大小以获得全局最优控制力，其选择过程是一个试算的过程，即不断调整Q和R的形式和大小．控制系统权矩阵的选取方法通常有基于李雅普诺夫(Lyapunov)理论的方法和基于能量的方法．其中基于能量概念的权矩阵选取方法相对简单，一般取, R=βI，(5)式中：α1，α2和β为待定因数.其中α1K和α2M的部分分别为系统的势能和动能，βI与主动控制系统的能量有关．据此Q设计的主动控制力将使结构控制系统的能量最小．3.2 MR阻尼器的半主动控制策略MR阻尼器所能提供的阻尼力是在一定范围内变化的．最优Bang-Bang控制算法为[1].(6)此控制算法表明，当最优控制力与MR阻尼器所处的位置振动方向相反时，如结构层间背离平衡点振动时，施加阻尼器能实现最大阻尼力，否则，施加最小阻尼力．式(6)中第一项相当于被动的粘滞阻尼器，不具有可调性，所以在此算法中只涉及第二项，定义为fd1．当所加磁场为零时，阻尼器产生的可调阻尼力为最小值0；当施加的磁场使磁流变液达到最大屈服剪应力τymax时，阻尼器产生的可调阻尼力为最大值fmax．因此MR阻尼器所能提供的可调阻尼力fd1的变化范围为≤fd1≤，(7)当考虑MR阻尼器的不可调的粘滞阻尼力部分后，装置所提供的阻尼力的范围为≤fd≤，(8)式中：fdymin和fdymax分别为MR阻尼器所提供的最小和最大阻尼力，即在fd1的基础上加上不可调的粘滞阻尼力；是MR阻尼器的活塞与缸体的相对运动速度．该算法的表达式为.(9)根据主动控制算法计算出主动最优控制力，当该控制力在MR阻尼器所提供的阻尼力的变化范围内时，令该阻尼器施加这个控制力，否则该阻尼器施加所提供的阻尼力的界限值[4]．3.3 控制效果控制效果反应了阻尼器对结构反应的最大值控制的有效率．为便于比较各控制方法对结构反应的控制效果，采用式(10)来表达相应算法对结构的控制效果,即控制率=(无控结构反应-相应算法控制下的反应)/无控结构反应×100%.(10)4 厂房结构振动控制仿真对图1所示的多自由度MR-TMD控制模型进行分析，振动波采用周期2.5 s，脉宽0.25 s，脉高4×106 kN的矩形波激励．利用Newmark-β法求解结构的动力反应，程序中取γ=0.5，β=0.25，时间步长Δt=0.02 s，持续30 s．首先采用主动最优控制LQR算法设计结构主动控制的最优控制力．采用MATLAB 软件编程，试算得到权系数α1=103，α2=104，β=10-4，由此得主动最优控制的控制力状态反馈增益矩阵，进一步可求得结构主动最优控制反应和最优控制力．参照结构的主动最优控制效果和最大控制力设计出磁流变液阻尼器的参数为[5]：磁流变阻尼器的粘滞阻尼系数c=9×105 N·s/m；最大库仑阻尼力为480 kN，阻尼力可调倍数s=8．根据以上条件，分别计算出结构在无控、有相同增益的被动调谐质量阻尼器控制、主动调谐质量阻尼器控制和半主动MR-TMD控制下的振动响应及控制效果，如表2和图2所示．由以上仿真数据可看出，结构在无控情况下的位移和加速度都较大，尤其是第7质点的加速度接近0.9 m/s2，远远超过了结构舒适度要求．半主动MR-TMD控制对结构位移的控制效果与TMD控制和AMD控制的控制效果近似，但它对结构加速度响应的控制效果明显比其它控制策略好．结构的顶端(标高69.750 m)和第7质点(标高35.600 m)两处位置的位移和加速度是振动控制的主要目标．图3和图4分别给出了结构在矩形波激励作用下采用不同控制策略这两个质点的位移、加速度响应时程曲线．图5为采用AMD控制和AMR-TMD控制时所需控制力的时程曲线．表2 三种控制装置矩形波激励下控制效果比较Tab.2 Control effect comparison of three devices under rectangular periodic excitations工况无控TMD控制率/%AMD控制率/%Semi5控制率/%结构各质点最大位移/m10.0230.00673.80.00675.10.00864.620.0480.02157.40.02059.20.02155.93 0.1590.09043.20.08745.40.09341.840.3420.20440.50.19642.70.20241.050.51 80.32736.80.31539.20.32537.360.6180.41532.90.39935.40.40933.870.6970.5 2724.40.50827.10.52125.380.6670.57314.20.55317.20.56215.890.6500.6145.60.5919.10.6027.4100.7160.64110.50.61613.90.62912.2110.8920.67724.10.6 5126.90.66625.4续表2工况无控TMD控制率/%AMD控制率/%Semi5控制率/%结构各质点最大加速度/(m·s-2)10.2500.00996.40.00598.00.00299.320.2780.01096.30.00697.90.00299.530 .4010.01895.40.01197.30.00598.740.5030.03393.50.02195.90.00798.650.536 0.04292.30.03094.40.01198.060.5100.05090.10.03792.70.01297.770.8420.05 493.60.04295.00.01498.480.4570.05188.90.04091.30.01197.690.2370.05079.00.03884.10.01195.3100.2830.06178.50.04484.30.01295.7110.2950.07375.20.05381.90.01594.9表3给出了厂房结构在矩形波激励作用下采用3种控制策略的最大动力反应，气化炉质量块的最大位移及所需的最大控制力．从表3中可以看出，MR-TMD控制对结构最大位移的控制效果接近AMD控制，对加速度的控制效果比其它两种控制策略都更好，而且质量块的位移是几种控制策略中最小的，所需的控制力比AMD 控制要小．综合考虑以上各方面因素，MR-TMD控制优于被动TMD控制和主动AMD控制．表3 矩形波激励下的控制效果及控制力对比Tab.3 Comparison of control effect and control force under rectangular periodic excitations工况结构最大位移/m结构最大加速度/(m·s-2)质量块最大位移/cm控制力/kN无控0.8920.842TMD0.6770.07340.751AMD0.6510.05340.685548.87MR-TMD0.6660.01540.374480.265 结论以煤制气厂房为例，将气化炉作为一协调质量块，研究了基于MR-TMD控制的半主动控制策略，得出以下结论.(1)采用MR-TMD控制策略对厂房结构进行半主动控制，各层厂房的位移和加速度响应有大幅度的降低，由此说明采用的半主动控制策略是有效的．(2)对厂房结构进行半主动MR-TMD控制可以有效地减小厂房结构的振动，而TMD控制时气化炉质量块的最大位移较大，AMD控制时需要较大的控制力，所以MR-TMD控制的控制效果要优于被动TMD控制和主动AMD控制．(3)在使用MR-TMD控制装置对厂房结构进行减振控制时，如果半主动控制系统失效，MR阻尼器可以起到一定的减振作用，系统作为被动TMD控制，可以有效地对厂房结构进行振动控制．参考文献：[1] 欧进萍.结构振动控制-主动、半主动和智能控制[M].北京：科学出版社，2003.[2] 罗登贵，雷静雅，汲军广.房屋建筑基础设置磁流变阻尼器的半主动控制[J].武汉理工大学学报，2009，31(6)：47-50.[3] 秦丽，闫维明，呼学军，等.河南艺术中心标志塔TMD地震控制[J].北京工业大学学报，2009，35(6)：761-768.[4] 隋莉莉，欧进萍.MR减振驱动器用于结构振动控制的算法研究[J].应用力学学报，2002，19(3)：144-148.[5] 杨飏，欧进萍.多自由度结构的磁流变阻尼顶层隔振控制[J].世界地震工程，2008，24(2)：85-89.。
遗传算法工具箱在半主动-TMD参数优化中的应用
需根据其 设计要求 ，编制 相应的适应度 函数即可 ，从
达为 ＝ （ｚ ， 式Ｄ ［尺） （） １（＋Ｚｒ ／ ）
） ＩＺ－ ＝ ＿ ２ 以 ，
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（ ２ ）
而 大 大提 高 了工作 效 率 。 因此 ，本 文提 出一 种 自适 应 变频半 主 动 一 ＭＤ，同时利用遗 传算 法工 具箱 优 Ｔ 化 其参 数 。并 对 其减 振效 果进 行 初步 探讨 。
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约束 条件 为
ｂｕｄ＝， “； ｏｎｓ Ｉ ， ；
；
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收稿 日期 ：２ １－ ０ １ ０ １ １－ １
基金项 目 ：湖南 省教育厅 科研 基金资助项 目 （ ９ ０ ４） ０Ｂ ３ 作者简介 ：周小 波 （ ９ ５ ，男 ，湖南 衡阳人 ，湖南科技大学硕士生 ，主要研究方向为大跨度桥梁 的振动控制 ， １ ８ 一）
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或 写 的 成 也 包 为 得鱼 撰 过 研究 果， 不 含 获 一
处
其 教 机 的 位或 他 育 构 学 证
书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。
学位论文作者签名
卜裂 巍‘ ． 洲 夕
签字日期； ０３年／ ３ Ｈ ２０ ， 夕月 ｝－
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究和应用的主攻方向之一。
本文在传统 ＭＤ控制方法的基础上，在顶层加质量块，在其它层增设 ＭＲ Ｔ 阻尼器，借助遗传算法寻找最佳控制参数，并优化设置 Ｔ ＭＤ 的附加控制力， 使该控制系统达到最佳控制效果；研究了多层 Ｔ ＭＤ控制装置，与传统的 Ｔ ＭＤ 控制方法进行了比 较：输入不同周期、不同强度的历史地震波或人造地震波离 线训练遗传算法一神经网络系统，并利用神经网络的记忆和存储信息的功能， 记录每一种地震波所对应的控制力，形成智能感知器：提出在七度以上的地震 区实现重要建筑结构抗震智能系统，将整个区域的智能感知器连成网络；对设 防烈度七度以上的地区的重要建筑结构作重大调整，将主体承重结构与功能围 护结构分离，在围护结构与外围主体结构之间的垂直两个方向加设变刚度系统 和变阻尼系统，使多层 ＭＲＴ －ＭＤ半主动控制系统得到实际应用。
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独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果， 除了文中特别加以 标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人己经发表
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关键词：被动耗能减振，Ａ Ｓ 控制， ＭＲ 阻尼器，遗传算法，人工神经网 ＶＣ Ｄ
络，ＭＲ ＭＤ半主动控制 －Ｔ
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ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ
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学位论文版权使用授权书
本 位 文 完 解达建 ｋ＊ 关 、 用 位 文 规定 者 全了 学 论 作 ￣有 保留 使 学 论 的 。 特 权 玉 叁 一 将 位 文的 部 部分内 编 有 数 库 检 授 二 建． 可以 学 论 全 或 容 入 关 据 进行
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摘要
摘要
本文回顾了自 动控制理论的发展史，并由此引出建筑工程结构振动控制的 发展历程。借鉴现代控制理论、智能控制理论、智能材料新技术、计算智能方 法，结合土木工程实际，对半主动控制与被动控制在各种场地条件下的结构响 应进行了比较；在附加阻尼取值较小时，半主动控制可以取得比被动控制较好 的效果，这正是在实际附加阻尼受限时的情况下半主动控制的优势所在。鉴于 经济、技术等方面的原因，半主动控制理论和技术是今后工程结构振动控制研
学论作签：戴 Ａ ｔ 位文者名扁 ． ， ，
签字日期： Ｖ ｝ 年１ ３冲日 ２ Ｚ５ ２月
导“ 师： ｗ 签４ － ７
签 期 匆３ 年ｌ ３Ｆ 字日 伪 １－ ＯＩ － ｝
第一章
绪论
高，以及遗传算法本身的逐步成熟，从而引起了国际学术界的普遍重视，因而
得到了迅速发展。 目前结构半主动控制技术是一个跨学科的前沿研究领域，它不仅涉及土木
与防灾等工程学科，还涉及 自 动控制、材料、电子、计算机等 自 然科学的众多 学科。开发适用于土木工程结构的半主动控制系统是使这一技术最终得到工程 应用的关键所在， 在这方面进行深入研究具有重要理论价值和工程实用价值。
１２ ． 结构振动控制技术在工程应用中的发展动态
现代结构振动控制技术经过了近 ３ ０年的发展，己取得了大量研究成果，并
ｃｎｏ ｄｖ ｅ ａ ｓ ｂｔｅ ｔ ｍ ｔ ｖｒｃｌ ｃｏｓｔ ｎ ｍ ｌ ｓ ｒ ｏｔｌ ｉｓ ｅ ｅ ｅ ｈ ｉ ｈ ｅｉ ｄｅｉ ， ｔ ｕｉｔｙ ｒ ｅ ｃ ｒ ｔ ｎ ｎ ｔａ ｉ ｔｎ ｈ ｈ ｅ ｗ ｅ ｅ ｒ ｅ ｅ ｔ ｏ －
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